(English below) 
Độ chính xác của dữ liệu đường bờ biển ở Indonesia có thể được cải thiện nhiều bằng cách sử dụng công nghệ đo độ sâu Lidar. Trong bài báo này, các tác giả mô tả kỹ thuật khảo sát độ sâu Lidar đã được áp dụng như thế nào cho một đoạn bờ biển ở eo biển Sunda.

Việc xác định một vùng biển hoặc vùng ven biển phụ thuộc vào sự sẵn có của dữ liệu đường bờ biển, vì nó dựa trên tham chiếu đường bờ biển (xem Hình 1). Định nghĩa về khu vực thuộc chủ quyền của Indonesia có thể được cải thiện nếu nó dựa trên dữ liệu chính xác về đường bờ biển. Thật không may, bản đồ cơ sở đường bờ biển ở tỷ lệ 10.000 chỉ có sẵn cho khoảng 8% trong tổng số 108.000 km đường bờ biển ở Indonesia vào năm 2019. Do đó, dữ liệu đường bờ được tạo ra bằng cách tích hợp dữ liệu độ cao (Digital Elevation Model; DEM) cho đất liền và biển thu được bằng khảo sát địa hình và độ sâu. Tuy nhiên, điều kiện địa hình ở Indonesia rất độc đáo, với đặc điểm nước nông. Hơn nữa, một số khu vực ven biển là vùng biển nội địa rất khó tiếp cận bằng cách sử dụng các công nghệ như cảm biến âm thanh. Do đó, cần có một phương pháp thay thế để tăng tốc độ sẵn có của dữ liệu đường bờ biển ở Indonesia sử dụng công nghệ Lidar cho các hoạt động khảo sát độ sâu. Cải thiện tính sẵn có của dữ liệu bờ biển trên quy mô lớn được kỳ vọng sẽ mang lại lợi ích cho nền kinh tế quốc gia, đặc biệt là lĩnh vực hàng hải.

Hình 1: Xác định lãnh thổ có chủ quyền của Indonesia dựa trên các tài liệu tham khảo về đường bờ biển.

Phép đo Bathymetry Lidar trên không
Lidar (Phát hiện và đo sáng) là một phần của hệ thống viễn thám sử dụng các cảm biến hoạt động và hoạt động bằng cách so sánh các đặc tính của tín hiệu truyền với sự phản xạ của nó; cụ thể là sự khác nhau về thời gian truyền xung, bước sóng và góc phản xạ. Trong ứng dụng đo độ sâu Lidar, tia laser được sử dụng là ánh sáng xanh có thể xuyên qua đáy nước. Khi tia laser chạm vào bề mặt nước, một phần của sóng laser bị phản xạ và khúc xạ theo mọi hướng và một phần khác xuyên qua nước. Các nguyên tắc cơ bản của phép đo độ sâu Lidar được thể hiện trong Hình 2.

Hình 2 các nguyên tắc cơ bản củaPhép đo Bathymetry Lidar

Mua lại Lidar Bathymetry ở Indonesia
Để tăng tốc độ sẵn có của dữ liệu đường bờ biển quốc gia, phép đo độ sâu Lidar trên không đã được tiến hành vào năm 2020 xung quanh eo biển Sunda. Một phương pháp định vị vi sai được sử dụng để cung cấp vị trí của máy bay với độ chính xác là 10cm. Tất cả các vị trí kết quả được tham chiếu đến dữ liệu trắc địa ở Indonesia, SRGI2013. Độ cao được sử dụng là khoảng 600m và khoảng cách giữa các đường bay là 280m. Độ cao lớn hơn có thể làm tăng vùng bao phủ một cách hiệu quả trong khi vẫn duy trì mật độ của các đám mây điểm và việc thu nhận Lidar có thể được thực hiện trên một khu vực rộng lớn trong một chuyến bay. Năng lực thu nhận độ sâu của Lidar vào khoảng 145km mỗi ngày, với tổng chiều dài bờ biển được lập bản đồ là 1.000km. Việc mua lại độ sâu Lidar ở eo biển Sunda đạt độ sâu tới 5m, do vị trí đo không hoàn toàn ở vùng nước trong. Trong trường hợp này, việc mua lại máy đo độ sâu Lidar chỉ mất hai tháng để hoàn thành toàn bộ Khu vực quan tâm (AoI). Dựa trên khả năng này, quần đảo Indonesia có thể được lập bản đồ một cách nhanh chóng; tuy nhiên, khó khăn lớn nhất trong quá trình thu thập dữ liệu là mùa mưa ở khu vực quanh eo biển Sunda.
Có những khó khăn khác ở miền nam Java, vì khu vực này bị chi phối bởi sóng cao (sự thống trị của chế độ sóng cao). Trong các khảo sát về độ sâu, bề mặt của nước được coi là mặt phẳng phản xạ nằm ngang, nơi chùm tia laze khúc xạ vào nước dựa trên góc của chùm tia off-nadir. Nếu bề mặt gợn sóng, tia laser sẽ bị khúc xạ theo mọi hướng, làm thay đổi góc tới của chùm tia laser. Điều này làm cho tia laser khó xuyên xuống đáy nước ở những khu vực như vậy. Do đó, dạng hình học của đường dẫn tia khúc xạ từ tia laser dưới nước phụ thuộc vào điều kiện của mặt phẳng nước bên trên nó. Hình 3. Minh họa dữ liệu DEM trích xuất từ ​​kết quả đo độ sâu của Lidar có thể được nhìn thấy trong Hình 3. Như thể hiện, các vật thể xung quanh bờ biển có thể được lập bản đồ chi tiết, bao gồm cả vùng nước.

Hình 3: Trích xuất dữ liệu DEM từ kết quả của phép đo độ sâu Lidar.

-----

Towards a Coastline Base Map in Indonesia - P1
The accuracy of coastline data in Indonesia could be much improved by making use of Lidar bathymetry technology. In this article, the authors describe how Lidar bathymetry survey techniques were applied to a section of coastline in the Sunda Strait.

The determination of a sea or coastal area depends on the availability of coastline data, as it is based on the coastline reference (see Figure 1). The definition of the area of Indonesia’s sovereignty could be improved if it were based on accurate coastline data. Unfortunately, a coastline base map at a scale of 10,000 was only available for about 8% of the total of 108,000km of coastline in Indonesia in 2019. Shoreline data was therefore generated by integrating elevation data (Digital Elevation Model; DEM) for land and sea that was obtained by topographic and bathymetric surveys. However, the topographical conditions in Indonesia are unique, with shallow water characteristics. Furthermore, some of the coastal areas are inland seas that are difficult to access using technologies such as sounding sensors. An alternative method is therefore needed to accelerate the availability of coastline data in Indonesia that utilizes Lidar technology for bathymetry survey activities. Improving the availability of coastline data on a large scale is expected to benefit the national economy, in particular the maritime sector.
Figure 1: Determination of Indonesia’s sovereign territory based on coastline references.
Airborne Lidar Bathymetry
Lidar (Light Detection and Ranging) is part of a remote sensing system that uses active sensors and that works by comparing the characteristics of the transmission signal with its reflection; namely, the differences in pulse propagation time, wavelength and angle of reflection. In the Lidar bathymetry application, the laser used is a green light that can penetrate to the bottom of the water. When the laser hits the surface of the water, part of the laser wave is reflected and refracted in all directions and another part penetrates the water. The basic principles of Lidar bathymetry are shown in Figure 2.Figure 2: Basic principles of Lidar bathymetry.
Acquisition of Lidar Bathymetry in Indonesia
To accelerate the availability of national coastline data, airborne Lidar bathymetry was conducted in 2020 around the Sunda Strait. A differential positioning method was used to provide an aircraft position with an accuracy of 10cm. All resulting positions were referred to the geodetic datum in Indonesia, SRGI2013. The altitude used was about 600m, and the distance between flight lines was 280m. A higher altitude can effectively increase the coverage area while maintaining the density of the point clouds, and Lidar acquisition can be carried out over a large area in a single flight. The capacity of the Lidar bathymetry acquisition was around 145km per day, with a total mapped coastline of 1,000km. Acquisition of Lidar bathymetry in the Sunda Strait reached a depth of up to 5m, because the measurement location was not fully in clear water. In this case, the Lidar bathymetry acquisition took just two months to complete the entire Area of ​​Interest (AoI). Based on this capacity, the Indonesian archipelago could be mapped quickly; however, the biggest difficulty during data acquisition was the rainy season in the area around the Sunda Strait.
There are other difficulties in southern Java, as the region is dominated by high waves (high wave regime domination). In bathymetry surveys, the surface of the water is considered to be a horizontal plane of reflection where the laser beam refracts into the water based on the off-nadir beam angle. If the surface ripples, the laser will be refracted in all directions, changing the angle of incidence of the laser beam. This makes it difficult for laser to penetrate to the bottom of the water in such areas. The geometry of the beam path refracted from the laser under water therefore depends on the conditions of the water surface plane above it. An illustration of the DEM data extracted from the Lidar bathymetry measurement results can be seen in Figure 3. As this shows, objects around the coast can be mapped in detail, including the water area.Figure 3: Extraction of DEM data from the results of Lidar bathymetry measurements.

Geolink tổng hợp từ Hydro-international